煤制甲醇废水处理工艺探究

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煤化工废水排放强度大、浓度高，如果处理不当会严重污染环境［1］。提高水资源利用率及污水回用率已经成为发展煤化工的必然要求［2］。煤化工废水处理主要有废水处理、中水回用［3～6］、浓盐水再提浓和结晶［7～9］单元，最终实现零排放。目前高浓盐水多采用多效蒸发处理，存在耗能高和腐蚀以及处理费用高等难题［10～13］。为降低高浓盐水处理成本，一方面企业需减少浓盐水的排放量;另一方面，采用新的高浓盐水处理工艺，降低浓盐水处理费用。鄂尔多斯市国泰化工40×104t/a煤制甲醇项目位于杭锦旗独贵塔拉工业园区，于2015年8月建成投产。投产后水处理系统遇到以下几个问题:①园区蒸发塘无法满足排放需求;②中水回用处理装置不能正常运行;③由于当地用水指标紧张，无法满足二期项目建设需要。为了保证正常生产，满足环保要求，减少二期用水指标的需求，必须要对原废水处理及中水回用系统进行技术改造。

1原废水处理工艺

1.1原废水处理装置原废水处理装置主要由调节系统、气浮系统、生化处理系统、外排系统、加药系统、污泥处理系统组成，用于渣水处理装置、热动力站以及全厂地面冲洗等生产废水的处理，工艺流程如图1所示。图1废水处理工艺流程Fig．1Flowchartofwastewatertreatmentprocess1.2原中水回用装置中水回用装置通过多介质过滤器、超滤装置、纳滤装置以及反渗透装置对废水处理单元出水进一步处理，生产出合格的纯水，一部分作为循环水补充水，另一部分作为生产原料所需的除盐水，产生的废水外排。工艺流程如图2所示。在项目投产试运行阶段，发现中水回用系统不能正常运行，同时由于园区原先承诺的废水处理系统不能满足生产的要求，为了能够使项目正常生产，满足环保要求，达到节约用水的目的，必须要系统考虑废水处理工艺，依托企业自身，对原废水处理工艺进行技术改造。

2主要技术改造措施

2.1增加生化水软化装置通过认真分析，认为中水回用水装置不能正常运行的主要原因是废水处理装置出水没有达到中水回用装置的进水要求。钙、镁离子浓度高，硅含量高，导致中水回用系统无法正常运行。因此必须要在中水回用前加生化水软化装置，降低钙、镁离子的浓度以及二氧化硅的含量。软化工艺流程如图3所示。图3软化工艺流程Fig．3Flowchartofsofteningprocess生化出水监测池的水通过泵送入一级混合反应池，通过投加液碱和镁剂以及絮凝剂反应去除硬度和硅，生成的泥水混合物通过管道自流入新建的一级沉淀池，实现泥水分离，底部污泥通过泵送至污泥浓缩池，而上部清水通过泵送入二级混合反应池，通过加液碱和镁剂以及絮凝剂反应进一步去除硬度和硅，生成的泥水混合物通过管道自流入新建的二级沉淀池，实现泥水分离，底部污泥通过泵送至污泥浓缩池，而上部清水送至中水回用界区的调节池内;污泥浓缩后再泵送入压滤机进行脱水压滤。增加软化装置之后，出水水质明显改善(见图4)。图4加软化装置前后总硬度、Ca2+、SiO2对比Fig．4Comparisonoftotalhardness，Ca2+，SiO2beforeandafteraddingsofteningdevice从图4可以看出，增加软化装置后，外排水的总硬度降低明显，Ca2+浓度显著降低，对SiO2的去除效果较好，表明废水得到了有效的软化，满足了中水回用的进水要求。2.2新增浓盐水提浓装置为了进一步降低废水排放量，提高水的利用率，满足环境排放要求，决定增设提浓装置(见图5)，使浓盐水进一步浓缩。图5浓盐水提浓工艺流程Fig．5Flowchartofconcentratedbrinecontinuestoconcentrate该浓盐水属于高硬度、高硅、高盐、高有机物废水，进行膜回收进一步提浓时会出现以下问题:①Ca2+、Mg2+含量高，容易结垢。②硅的含量高，容易析出而形成硅垢;③有机物的含量高导致微生物滋生，容易形成生物垢。上述问题会导致膜的污染和结垢，增加设备的清洗频率，降低膜的使用寿命，造成装置无法正常运行。根据该浓盐水的特点分析和设计的要求，本项目采用加药软化+离子交换+浓水反渗透工艺，首先需要采用合适的预处理技术将水中阻碍反渗透膜提浓运行的结垢物质有效去除，再通过反渗透技术对浓盐水进行提浓回收。表1为新上提浓装置进水和出水水质比较。从表1可以看到，浓盐水再次进行了有效的浓缩。新增提浓装置之后，可产生回用水量为24×104m3/a。2.3新增机械雾化蒸发系统高盐废水处理投资巨大，很多企业都是依托园区建设的蒸发塘进行蒸发结晶，但是随着国家环保政策越来越严格，蒸发塘也不再批建。因此，必须要提高蒸发塘的蒸发效率，保证高浓盐水能高效结晶。国泰化工利用公司建设的应急暂存池，将高盐水暂时收集并部分蒸发，新增机械雾化蒸发系统以提高蒸发效率。机械雾化蒸发系统由过滤、供水、气象、控制、蒸发系统共5大系统组成。该雾化器可将水泵供水进行多级多次破碎，同时使水雾高速上扬，增加与空气的接触面积，以达到加快蒸发的目的。通过以上的废水工艺技术改造，废水处理系统目前能够正常有效运行，提高了水的回收率。

3主要存在的问题

通过此次技术改造后虽然能暂时满足生产需要，但是由于机械雾化器冬季不是十分有效，所以还必须研究彻底解决高浓盐水的新思路和工艺，系统考虑整个煤制甲醇厂的废水处理工艺。可以从以下几方面着手:第一，进一步研究浓盐水浓缩的新工艺和技术，降低浓盐水排放量。第二，研究利用高浓盐水进行烟气脱硫除尘新工艺，让废水得到有效利用。第三，可以利用化工厂的烟道气余热或者低热值的蒸汽作为热源，对高浓盐水进行有效蒸发，降低高浓盐水的蒸发成本。第四，可以通过新的技术对高浓盐水进行分盐结晶。

4技术改造后废水处理成本测算

经初步测算，增加的废水处理费用如下:增加的废水处理费用=软化水费用+中水回用费用+再浓缩费用+高盐水处理费用－技改产生的效益。①处理费用a．软化水处理。软化处理水量为100m3/h，处理费用为3．25元/m3，年运行费用为260万元。b．中水回用。中水回用处理水量为200m3/h，费用为14．1元/m3，年运行费用为2256万元(采用BOT模式)。c．浓盐水再浓缩装置。浓盐水处理量为40m3/h，处理费用为14．3元/m3，年运行费用为457．6万元(采用BOT模式)。d．暂存池蒸发结晶。高盐水量为8×104m3/a，处理费用为2元/m3，年运行费用为16万元。以上处理费用合计为2989．6万元。②技术改造产生的效益a．中水回用产生纯水为160m3/h，一年增收537．6万元。b．再浓缩产纯水为24×104m3/a，一年增收100．8万元。增收合计为638．4万元。经过技术改造，废水处理费用增加2351．2万元。

5结语

本次技术改造通过增加软化装置、提浓装置以及机械雾化蒸发系统，保证了工厂的正常生产，尽可能降低投资，达到了环保要求。化工厂的废水处理必须系统考虑，尝试先进的节水装置和废水治理工艺，才可以使用水量大幅降低，同时减少排放量，保护生态环境。

作者:王志红 刘鲤粽 李晋津 单位:1.北京昊华能源股份有限公司 2.煤炭科学研究总院